STM32 GPIO速度,模式等理解

2023-11-15

一、 GPIO模式配置

1、输入/输出模式(参考stm32手册)

2、GPIO输出模式下,几种速度的区别:

(1). GPIO 引脚速度: GPIO_Speed_2MHz (10MHz, 50MHz) ;

又称输出驱动电路的响应速度:(芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路,用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路,通过选择速度来选择不同的输出驱动模块,达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。)

可理解为: 输出驱动电路的带宽:即一个驱动电路可以不失真地通过信号的最大频率。

如果一个信号的频率超过了驱动电路的响应速度,就有可能信号失真。(信号频率为10MHz,而你配置了2MHz的带宽,则10MHz的方波很可能就变成了正弦波。就好比是公路的设计时速,汽车速度低于设计时速时,可以平稳地运行,如果超过设计时速就会颠簸,甚至翻车。)

如果GPIO驱动电路的响应速度相对于信号频率太快,会导致功耗加大、噪声加大,会影响正常信号的传输和识别。

关键: GPIO的引脚速度跟应用相匹配,速度配置越高,噪声越大,功耗越大。

带宽速度高的驱动器耗电大、噪声也大,带宽低的驱动器耗电小、噪声也小。使用合适的驱动器可以降低功耗和噪声

比如:高频的驱动电路,噪声也高,当不需要高的输出频率时,请选用低频驱动电路,这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号,但却选用了较低频率的驱动模块,很可能会得到失真的输出信号。关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配(推荐10倍以上)。

比如:

I2S传输采样速率为46.875KHz×2=93.7KHz,使用2M既可以保证通讯又可以有效减小噪声
① USART串口,若最大波特率只需115.2k,那用2M的速度就够了,既省电也噪声小。
② I2C接口,若使用400k波特率,若想把余量留大些,可以选用10M的GPIO引脚速度。
③ SPI接口,若使用18M或9M波特率,需要选用50M的GPIO的引脚速度。

(2). GPIO的翻转速度指:输入/输出寄存器的0 ,1 值反映到外部引脚(APB2上)高低电平的速度.手册上指出GPIO最大翻转速度可达18MHz。

@通过简单的程序测试,用示波器观察到的翻转时间: 是综合的时间,包括取指令的时间、指令执行的时间、指令执行后信号传递到寄存器的时间(这其中可能经过很多环节,比如AHB、APB、总线仲裁等),最后才是信号从寄存器传输到引脚所经历的时间。

如:有上拉电阻,其阻值越大,RC延时越大,即逻辑电平转换的速度越慢,功耗越大。

(3).GPIO 输出速度:与程序有关,(程序中写的多久输出一个信号)。

2、GPIO口设为输入时,输出驱动电路与端口是断开,所以输出速度配置无意义。

3、在复位期间和刚复位后,复用功能未开启,I/O端口被配置成浮空输入模式。

4、所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线,端口必须配置成输入模式。

5、GPIO口的配置具有上锁功能,当配置好GPIO口后,可以通过程序锁住配置组合,直到下次芯片复位才能解锁。

一般应用:

模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电。
浮空输入_IN_FLOATING ——可以做KEY识别,RX1
开漏输出_Out_OD——应用于I2C总线; (STM32开漏输出若外部不接上拉电阻只能输出0)

二. 管脚的复用功能 重映射

1、复用功能:内置外设是与I/O口共用引出管脚(不同的功能对应同一管脚)

STM32 所有内置外设的外部引脚都是与标准GPIO引脚复用的,如果有多个复用功能模块对应同一个引脚,只能使能其中之一,其它模块保持非使能状态。

2、重映射功能:复用功能的引出脚可以通过重映射,从不同的I/O管脚引出,即复用功 能的引出脚位是可通过程序改变到其他的引脚上!

直接好处:PCB电路板的设计人员可以在需要的情况下,不必把某些信号在板上绕一大圈完成联接,方便了PCB的设计同时潜在地减少了信号的交叉干扰。

如:USART1: 0: 没有重映像(TX/PA9,RX/PA10); 1: 重映像(TX/PB6,RX/PB7)。

(参考AFIO_MAPR寄存器介绍)[0,1为一寄存器的bit值]

【注】 下述复用功能的引出脚具有重映射功能:

  • 晶体振荡器的引脚在不接晶体时,可以作为普通I/O口

  • CAN模块; - JTAG调试接口;- 大部分定时器的引出接口; - 大部分USART引出接口

  • I2C1的引出接口; - SPI1的引出接口;

举例:对于STM32F103VBT6,47引脚为PB10,它的复用功能是I2C2_SCL和 USART3_TX,表示在上电之后它的默认功能为PB10,而I2C2的SCL和USART3的TX为它的复用功能;另外在TIM2的引脚重映射后,TIM2_CH3也成为这个引脚的复用功能。

(1)要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能,则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出,配置48脚为某种输入模式,同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。

(2)使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3,则需要对TIM2进行重映射,然后再按复用功能的方式配置对应引脚.

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